本發(fā)明涉及真空電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)及該慢波結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)：

螺旋線型行波管因具有寬頻帶的特性而廣泛應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等多種領(lǐng)域，但這類行波管慢波結(jié)構(gòu)的散熱能力有限，制約其平均功率的提高。

傳統(tǒng)螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)通常由螺旋線、均勻分布的三根夾持桿以及管殼通過一定的夾持方法組合而成。目前大功率行波管慢波系統(tǒng)多采用純鐵材料的極靴與鎳銅合金材料的墊環(huán)焊接而成的管殼，夾持方法是在冷態(tài)下將螺旋線與夾持桿固定好后加熱管殼使其略微膨脹，利用模具將螺旋線和夾持桿組件快速插入管殼中。該方法中螺旋線與夾持桿為平面接觸連接，微觀上由于接觸表面不可能完全鏡面，因此必然存在空隙，空隙越大熱阻越大，界面溫升越大，散熱能力越差；并且受零件表面粗糙的影響，采用此夾持法組成的慢波系統(tǒng)在螺旋線與夾持桿界面間會(huì)形成部分空隙，從而產(chǎn)生較大的接觸熱阻，影響慢波系統(tǒng)的散熱效率。當(dāng)平均功率進(jìn)一步提升時(shí)，此方法制備的行波管容易出現(xiàn)螺旋線被燒毀和工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)；該慢波結(jié)構(gòu)通過采用金屬焊料，使得焊接后焊料會(huì)填充夾持桿與螺旋線接觸面上的微小空隙，使其完全緊密接觸，熱阻很小，可視為消除了螺旋線與夾持桿之間熱界面，螺旋線上所有熱量均可傳導(dǎo)至夾持桿上，大幅度的降低了螺旋線與夾持桿之間的接觸熱阻，大大提高了螺旋線行波管慢波結(jié)構(gòu)的散熱能力及散熱效率，在保證了慢波結(jié)構(gòu)具有良好的同軸度的同時(shí)，還確保了行波管具有較高的電子注通過率；并且本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)還通過改變夾持桿與管殼的結(jié)構(gòu)，為使得螺旋線、夾持桿和管殼在夾持過程中首先預(yù)裝進(jìn)而一步完成整體裝配提供了先決條件。

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)的制備方法；該制備方法通過對(duì)螺旋線結(jié)構(gòu)、夾持桿結(jié)構(gòu)及管殼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在高溫下利用“螺旋線-夾持桿”組件與金屬管殼之間的過盈配合，在三者焊接界面上形成一定壓力，從而在慢波結(jié)構(gòu)夾持過程中實(shí)現(xiàn)金屬管殼與陶瓷夾持桿的焊接，且在夾持的同時(shí)實(shí)現(xiàn)夾持桿與螺旋線的焊接，通過本制備方法得到的慢波結(jié)構(gòu)在焊接過程中不易發(fā)生螺旋線與夾持桿上焊接面錯(cuò)位，焊接及夾持過程可一步完成，通過該方法獲得的慢波結(jié)構(gòu)可用于大功率螺旋線行波管中，且具有能夠降低接觸熱阻，提高慢波結(jié)構(gòu)散熱效率等優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)，所述慢波結(jié)構(gòu)包括從內(nèi)向外依次連接固定的螺旋線、夾持桿和管殼；

在所述夾持桿內(nèi)壁面上的與所述螺旋線相接觸的有效區(qū)域面上設(shè)有活性金屬化層；

所述螺旋線外壁面上的用于與所述夾持桿內(nèi)壁面相對(duì)應(yīng)連接固定的連接面為平面設(shè)置；

沿所述螺旋線的軸線方向，所述夾持桿的外壁面呈第一斜面設(shè)置；所述管殼的內(nèi)壁面上設(shè)有與所述夾持桿的外壁面相對(duì)應(yīng)的第二斜面，所述第一斜面與所述第二斜面匹配地連接固定在一起。

進(jìn)一步的，所述活性金屬化層包括從內(nèi)向外依次設(shè)置的第一金屬化層、第二金屬化層和第三金屬化層；所述第一金屬化層的材質(zhì)為鈦，厚度為0.02-0.03μm；所述第二金屬化層的材質(zhì)為鉬，厚度為0.04-0.05μm；所述第三金屬化層的材質(zhì)為銅，厚度為4-5μm。

由于夾持桿為陶瓷材料，傳統(tǒng)夾持桿上的金屬化層只有一層銅焊料，與陶瓷材料粘接不牢固。本專利采用了活性金屬鈦?zhàn)鳛榈谝粚樱伵c陶瓷會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，作為金屬化層的基底會(huì)更和陶瓷粘接更牢固，鉬作為第二層是因?yàn)殂f的膨脹量較小，與陶瓷接近，可以在膨脹量較大的銅與膨脹量較小的陶瓷之間起到過渡作用，防止由于銅層膨脹引起的金屬化層脫落。

進(jìn)一步的，沿螺旋線的軸線前端至軸線后端方向，所述第一斜面的傾斜方向呈靠近螺旋線的軸線方向傾斜。

進(jìn)一步的，所述慢波結(jié)構(gòu)包括沿所述螺旋線周向方向呈均勻排布設(shè)置的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的夾持桿。

為解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟：

S1、將夾持桿的外壁面加工成斜面，得到第一斜面；

S2、按照過盈量，在與夾持桿的外壁面相對(duì)應(yīng)的管殼的內(nèi)壁面上加工出與所述第一斜面匹配對(duì)應(yīng)的第二斜面；

S3、在所述夾持桿內(nèi)壁面上濺射活性金屬化層；

S4、將螺旋線外壁面上的用于與所述夾持桿內(nèi)壁面相對(duì)應(yīng)連接固定的連接面加工成平面；

S6、在冷態(tài)下，通過第一斜面與第二斜面的配合，沿所述螺旋線的軸線方向，將螺旋線、夾持桿和管殼預(yù)裝在一起；具體為，用模具限定管殼一端的相對(duì)位置，螺旋線與夾持桿從管殼另一端插入。

S7、加熱管殼，將螺旋線和夾持桿完全插入管殼，獲得螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中由于夾持桿內(nèi)壁面上的與所述螺旋線相接觸的有效區(qū)域面位置與螺旋線外壁面呈相對(duì)應(yīng)設(shè)置，進(jìn)而在螺旋線和夾持桿完全插入管殼后，能夠保證夾持桿上的有效區(qū)域面與螺旋線連接面之間的相對(duì)位置。

進(jìn)一步的，該方法進(jìn)一步的包括如下步驟：

S5、去除夾持桿內(nèi)壁面上未與螺旋線相接觸的非有效區(qū)域面上的活性金屬化層。

進(jìn)一步的，所述步驟S7具體為：

加熱管殼，待其溫度上升至900-950℃后，將螺旋線和夾持桿完全插入管殼，保溫3-5分鐘，冷卻后即獲得螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述步驟S3具體為：

將氧化鈹夾持桿裝入掩膜模具中，只露出夾持桿上與螺旋線相接觸的內(nèi)壁面，在該夾持桿內(nèi)壁面上先濺射一層鈦膜，再沉積一層鉬膜，最后濺射一層銅層，進(jìn)而在夾持桿內(nèi)壁面上形成活性金屬化層。

進(jìn)一步的，所述過盈量為0.01mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極有益的效果：

1、本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)通過采用金屬焊料，使得焊接后焊料會(huì)填充夾持桿與螺旋線接觸面上的微小空隙，使其完全緊密接觸，熱阻很小，可視為消除了螺旋線與夾持桿之間熱界面，螺旋線上所有熱量均可傳導(dǎo)至夾持桿上，大幅度的降低了螺旋線與夾持桿之間的接觸熱阻，大大提高了螺旋線行波管慢波結(jié)構(gòu)的散熱能力及散熱效率，在保證了慢波結(jié)構(gòu)具有良好的同軸度的同時(shí)，還確保了行波管具有較高的電子注通過率。

2、由于夾持桿為陶瓷材料，傳統(tǒng)夾持桿上的金屬化層只有一層銅焊料，與陶瓷材料粘接不牢固。本專利采用了活性金屬鈦?zhàn)鳛榈谝粚樱伵c陶瓷會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，作為金屬化層的基底會(huì)更和陶瓷粘接更牢固，鉬作為第二層是因?yàn)殂f的膨脹量較小，與陶瓷接近，可以在膨脹量較大的銅與膨脹量較小的陶瓷之間起到過渡作用，防止由于銅層膨脹引起的金屬化層脫落。

3、本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)的制備方法，通過對(duì)螺旋線結(jié)構(gòu)、夾持桿結(jié)構(gòu)及管殼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在高溫下利用“螺旋線-夾持桿”組件與金屬管殼之間的過盈配合，在三者焊接界面上形成一定壓力，從而在慢波結(jié)構(gòu)夾持過程中實(shí)現(xiàn)金屬管殼與陶瓷夾持桿的焊接，且在夾持的同時(shí)實(shí)現(xiàn)夾持桿與螺旋線的焊接，通過本制備方法得到的慢波結(jié)構(gòu)可用于大功率螺旋線行波管中，具有能夠降低接觸熱阻，提高慢波結(jié)構(gòu)散熱效率等優(yōu)點(diǎn)。

4、本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)的制備方法，采用在冷態(tài)下，通過第一斜面與第二斜面的配合，沿所述螺旋線的軸線方向，將螺旋線、夾持桿和管殼預(yù)裝在一起，預(yù)裝的優(yōu)點(diǎn)在于焊接過程中不易發(fā)生螺旋線與夾持桿上焊接面錯(cuò)位，焊接及夾持過程可一步完成。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中螺旋線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中螺旋線的結(jié)構(gòu)主視圖。

圖3為本發(fā)明中夾持桿的立體結(jié)構(gòu)示意圖之一。

圖4為本發(fā)明中夾持桿的結(jié)構(gòu)主視圖。

圖5為本發(fā)明中夾持桿的立體結(jié)構(gòu)示意圖之二。

圖6為本發(fā)明中夾持桿的立體結(jié)構(gòu)示意圖之三。

圖7為本發(fā)明中管殼的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明中管殼內(nèi)壁面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明中活性金屬化層的層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明中螺旋線、夾持桿和管殼預(yù)裝在一起的示意圖。

圖11為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的軸向視圖。

圖13為本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)的界面內(nèi)外溫差對(duì)比圖。

圖14為本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)的制備方法流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1至13所示，一種螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)，所述慢波結(jié)構(gòu)包括從內(nèi)向外依次連接固定的螺旋線1、夾持桿2和管殼3；本實(shí)施例中所述慢波結(jié)構(gòu)包括沿所述螺旋線1周向方向呈均勻排布設(shè)置的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的夾持桿2。

在所述夾持桿2內(nèi)壁面上的與所述螺旋線1相接觸的有效區(qū)域面21上設(shè)有活性金屬化層4；所述螺旋線1外壁面上的用于與所述夾持桿2內(nèi)壁面相對(duì)應(yīng)連接固定的連接面11為平面設(shè)置；沿螺旋線1的軸線12前端至軸線12后端方向，所述夾持桿2的外壁面呈第一斜面22設(shè)置，該第一斜面22的傾斜方向呈靠近螺旋線1的軸線12方向傾斜；在所述管殼3的內(nèi)壁面上設(shè)有與所述夾持桿2的外壁面相對(duì)應(yīng)的第二斜面31，所述第一斜面22與所述第二斜面31匹配地連接固定在一起。

進(jìn)一步的，所述活性金屬化層4包括從內(nèi)向外依次設(shè)置的第一金屬化層41、第二金屬化層42和第三金屬化層43；所述第一金屬化層41的材質(zhì)為鈦，厚度為0.02-0.03μm；所述第二金屬化層42的材質(zhì)為鉬，厚度為0.04-0.05μm；所述第三金屬化層43的材質(zhì)為銅，厚度為4-5μm。

如圖1至14所示，一種用于本實(shí)施例中上述慢波結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟：

S1、將夾持桿2的外壁面加工成斜面，得到第一斜面22；

S2、按照過盈量，在與夾持桿2的外壁面相對(duì)應(yīng)的管殼3的內(nèi)壁面上加工出與所述第一斜面22匹配對(duì)應(yīng)的第二斜面31；本實(shí)施例中所述過盈量具體為0.01mm；

S3、在所述夾持桿2內(nèi)壁面上濺射活性金屬化層4；具體為，將氧化鈹夾持桿2裝入掩膜模具中，只露出夾持桿2上與螺旋線1相接觸的內(nèi)壁面，在該夾持桿2內(nèi)壁面上先濺射一層第一金屬化層41鈦膜，再沉積一層第二金屬化層42鉬膜，最后濺射一層第三金屬化層43銅層，進(jìn)而在夾持桿2內(nèi)壁面上形成活性金屬化層4；

S4、將螺旋線1外壁面上的用于與所述夾持桿2內(nèi)壁面相對(duì)應(yīng)連接固定的連接面11加工成平面；其中連接面11與其他呈弧狀的螺旋線的外壁面的高度差為0.03-0.05mm；

S5、按照螺旋線1的螺距尺寸，利用藍(lán)光激光去除夾持桿2內(nèi)壁面上未與螺旋線1相接觸的非有效區(qū)域面23上的活性金屬化層4；進(jìn)而夾持桿2內(nèi)壁面上有效區(qū)域面21上的活性金屬化層4形成與螺旋線1上被加工成平面的連接面11相對(duì)應(yīng)的焊接面；

S6、在冷態(tài)下，通過第一斜面22與第二斜面31的配合，沿所述螺旋線1的軸線12方向，將螺旋線1、夾持桿2和管殼3預(yù)裝在一起；具體為，用模具限定管殼3一端的相對(duì)位置，螺旋線1與夾持桿2從另一端插入，由于管殼3內(nèi)腔為錐形，插入的螺旋線及夾持桿組件的最大直徑比剩余的管殼直徑大一些，通常為0.005-0.01mm，所以在預(yù)裝時(shí)，螺旋線1與夾持桿2從另一端插入直至限定的位置。

S7、加熱管殼3，待管殼3溫度上升至900℃后，將螺旋線1和夾持桿2完全的快速的插入管殼3，保溫3-5分鐘，冷卻后即獲得螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于，通過在夾持桿2上濺射鈦、鉬和作為焊料的銅形成活性金屬化層4，替代傳統(tǒng)的單一金屬化層，使的活性金屬化層與氧化鈹陶瓷夾持桿2之間的結(jié)合更牢固；且在夾持的同時(shí)實(shí)現(xiàn)夾持桿2與螺旋線1的焊接，克服了傳統(tǒng)安裝方法，即螺旋線1與夾持桿2在管殼3外焊接成一體后裝入管殼3所存在的缺陷；同時(shí)本發(fā)明采用激光將活性金屬化層上多余部分去除，可避免化學(xué)腐蝕方法帶來的高頻損耗，通過附圖13所示出的本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)的界面內(nèi)外溫差對(duì)比圖，從圖中對(duì)比結(jié)果可知，本發(fā)明所提供的慢波結(jié)構(gòu)界面內(nèi)外溫差小于傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)的界面內(nèi)外溫差，界面內(nèi)外溫差越小說明熱阻越小，散熱性能越好，進(jìn)而本發(fā)明所得到的慢波結(jié)構(gòu)有效降低了螺旋線與夾持桿界面上的接觸熱阻，大大提高其散熱能力及散熱效率。

本文中所采用的描述方位的詞語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”等均是為了說明的方便基于附圖中圖面所示的方位而言的，在實(shí)際裝置中這些方位可能由于裝置的擺放方式而有所不同。

綜上所述，本發(fā)明所述的實(shí)施方式僅提供一種最佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人士仍可能基于本發(fā)明所揭示的內(nèi)容而作各種不背離本發(fā)明創(chuàng)作精神的替換及修飾；因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于實(shí)施例所揭示的技術(shù)內(nèi)容，故凡依本發(fā)明的形狀、構(gòu)造及原理所做的等效變化，均涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。